Ako fungujú superkondenzátory

V tomto príspevku pochopíme, čo je superkondenzátor, aký veľmi podobný alebo odlišný od bežného kondenzátora, kde sa používa, a urobíme porovnanie medzi batériami a superkondenzátormi, aby sme zistili, ktorý z nich je lepší.

Poďme pochopiť základy bežného kondenzátora.

Ako funguje obyčajný kondenzátor

Kondenzátor je pasívny elektronický komponent, ktorý môže ukladať malé množstvo elektrostatickej energie medzi vloženým vodivým a dielektrickým materiálom.

Vďaka tejto vlastnosti môžeme kondenzátor nabíjať a vybíjať rýchlou rýchlosťou a používame ich ako vyhladzovače napätia vo všetkých napájacích obvodoch.

Všetky kondenzátory majú na tele obalené určité technické parametre, ako napríklad prevádzková teplota, prevádzkové napätie a hodnota kondenzátora, ktorá sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí od niekoľkých pikofarád do niekoľkých tisíc mikrofarád.

Kondenzátory, ktoré zvyčajne nájdeme na spotrebnej elektronike, sú keramické, polyesterové, papierové atď. Tieto typy kondenzátorov majú zvyčajne nízku kapacitu v rozsahu od niekoľkých picofarád do menej ako mikro farad.

Tie s vyššou kapacitou sú elektrolytického typu, ktorý má kapacitu v rozmedzí od 0,1 uF do niekoľko tisíc mikrofaradov.

Elektrolytický kondenzátor zvyšuje svoju kapacitu na ukladanie náboja pridaním tkaniva nasiaknutého určitým chemickým elektrolytom ako dielektrikum a na jednej alebo druhej strane hliníkovou fóliou, ako je to znázornené na obrázku.

Stoh hliníka a tkaniva je zvinutý do tvaru valca a uložený do hliníkového šasi. Priemer kotúča, výška a hrúbka tkaniva určujú rôzne parametre kondenzátora.

Elektrolytické kondenzátory sú polarizované, čo znamená, že majú anódovú a katódovú svorku a nemali by sme zameniť polaritu vstupného napájania kondenzátora, ako to býva u iných typov kondenzátorov.

Ako fungujú superkondenzátory

Superkondenzátor sa tiež nazýva ultrakondenzátor alebo dvojvrstvový kondenzátor. Superkondenzátor má kapacitu na ukladanie obrovského množstva náboja a obvykle sa meria vo Farade (bez mikro alebo pico alebo nano predpôn).

Superkondenzátor sa môže pohybovať od niekoľkých Faradov do niekoľko tisíc Faradov. Na rozdiel od bežných kondenzátorov má superkondenzátor nižšie prevádzkové napätie, ktoré sa zvyčajne pohybuje medzi 2,5 V až 2,7 V.

Sú zapojené do série a do paralelnej konfigurácie, aby sa zvýšila priepustnosť z kondenzátorovej banky.
Superkondenzátory sa používajú tam, kde batérie nedokážu efektívne zvládnuť danú úlohu, na okamžité regeneratívne brzdenie vo vozidlách. Kinetická energia sa premení na elektrickú energiu a na chvíľu sa uchová a znovu sa použije na zrýchlenie vozidla.

Tento mechanizmus zvyšuje celkovú účinnosť vozidla. Ale iba pri použití batérií nie je zachytávanie energie efektívne. Mnoho výrobcov automobilov experimentuje so superkondenzátorom v kombinácii s batériami a údajne zvyšuje celkovú účinnosť systému.

Superkondenzátor má v porovnaní s batériami lepšie cykly nabíjania a vybíjania. Typická lítium-iónová batéria, ktorá sa nachádza v našich smartfónoch, má zhruba 1 000 nabíjacích a vybíjacích cyklov, pričom ako superkondenzátor má viac ako 1 milión nabíjacích a vybíjacích cyklov.

Batérie zhoršujú svoju efektívnu kapacitu, keď sú batérie dlhší čas vybité pod určitým napätím. Superkondenzátor nemá také limity, môže ísť až na nulu voltov.

Ale ponechanie ľubovoľného kondenzátora po dlhšiu dobu, napríklad rok, alebo bez nabíjania, môže tiež zhoršiť jeho kapacitu udržiavania náboja v dôsledku chemickej reakcie medzi doskami kondenzátora.

Konštrukcia superkondenzátora:

Konštrukcia superkondenzátorov je v zásade rovnaká ako pri bežnom kondenzátore, rozdiel je len v druhu použitého materiálu a na zvýšenie kapacity akumulácie energie sa používa určitá metóda.

Superkondenzátory majú vodivé dosky na oboch stranách oddeľovača nasiaknuté elektrolytom a oddeľovač je veľmi tenký dielektrický materiál vyrobený z plastu alebo uhlíka alebo papiera.

Separátor je vyrobený veľmi tenký v porovnaní s bežným kondenzátorom, aby sa zvýšila účinnosť prenosu iónov medzi doskami.

Superkondenzátory sa niekedy označujú ako dvojvrstvové, je to preto, lebo keď sa platne na oboch stranách nabíjajú, vytvára náboj na oboch stranách separátora, ako je to znázornené na obrázku.

Teraz by ste už mali predstavu o superkondenzátore a jeho základnom fungovaní.

Batéria vs Supercapacitor:

Porovnajme hustotu a hmotnosť energie v batériách a supercaps.

Lítium-ión a lítium-polymér majú najvyššiu hustotu energie v porovnaní s akoukoľvek inou komerčne dostupnou technológiou batérií. To je dôvod, prečo sú naše smartphony a iná prenosná elektronika vyrobená z lítium-iónových / polymérových materiálov.

Hustota energie superkapsúl je v porovnaní s lítiovými batériami dosť nízka, takže je ideálna iba pre neprenosné zariadenia.

Supercaps sú veľmi dobré pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní. To sa nedá dosiahnuť pomocou batérie z dôvodu vyššieho vnútorného odporu vo všetkých druhoch batérií.

Ak sa pokúsime vybiť batériu za hranicu bezpečnejšieho prúdu, mohli by sme ju poškodiť. Je to tak preto, lebo batérie majú vnútorný odpor a vytvárajú teplo. Vytvorená tepelná energia stačí na nenávratné poškodenie kapacity batérie.

V supercaps je vnútorný odpor veľmi malý, dokonca menší ako vnútorný odpor v niektorých automobilových batériách, ktoré sú určené na vysoký prúd. Šanca na poškodenie superkondenzátora v dôsledku pôsobenia tepla je dosť nízka.

Batérie dokážu vydržať nabitie veľmi dlho, ale v prípade superkapsu je samovybíjanie problém a nie je vhodné na dlhodobé uchovávanie energie.

Teraz je čas na záver,

Ktorý z nich je teda nadradený? Asi nikto z nich nie je nadradený. Batérie sú vynikajúco prenosné, ale superkapsy majú veľmi vysokú rýchlosť nabíjania a vybíjania. Na konci dňa záleží na aplikácii, čo použijeme, a to rozhodne, ktorá z nich je najvhodnejšia.

Dajte nám vedieť v sekcii komentárov. Myslíte si, že jedného dňa nahradia superkondenzátory batérie vďaka rýchlemu vývoju technológií.